Hydrogen uptake and permeation in steels for oil and gas production and comparison with ARMCOTM-Fe

Titel in Übersetzung: Wasserstoffaufnahme und Permeation in Stählen für die Öl- und Gasförderung und der Vergleich mit ARMCO-Fe

Sabrina Raab

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

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Abstract

Die Nachfrage nach erneuerbaren Energiequellen wie Wasserstoff steigt und gewinnt immer mehr an Bedeutung, da sich der globale Energiemarkt aktuell im Wandel befindet, um die fortschreitende Erderwärmung zu bekämpfen. Jedoch sieht selbst der optimistischste Energiemix Öl und Gas als Hauptenergieträger bis zum Ende des Jahrhunderts vor. Wasserstoff ist ein möglicher zukünftiger Energieträger aber kann aufgrund seiner geringen Größe und des damit verbundenen Potenzials, sich im Material auszubreiten, ein schädliches Element für Metalle und ihre Legierungen sein. Um einen sicheren und reibungslosen Transport und die Speicherung von Wasserstoff zu schaffen, ist die Vermeidung von Wasserstoffschäden essentiell. Dabei ist es von entscheidender Bedeutung zu verstehen, wieviel Wasserstoff unter Betriebsbedingungen vom Werkstoff absorbiert werden kann und wie der absorbierte Wasserstoff die Eigenschaften der verwendeten Materialien beeinflusst. Ziel dieser Arbeit ist es, den Fragen nachzugehen, wie viel Wasserstoff von bestimmten Stählen in der Öl- und Gasindustrie unter verschiedenen Bedingungen aufgenommen werden kann, welche Mechanismen dafür verantwortlich sind und ob der Diffusionskoeffizient von Wasserstoff je nach Art der Beladung variiert. Zur Ermittlung des Diffusionskoeffizienten wurden die Wasserstoffaufnahme und -Permeation von drei verschiedenen Kohlenstoffstählen (J55, L80, P110) und ARMCO-Fe untersucht. Die Permeationsmessungen beinhalten dabei die Verfahren der Wasserstoff-Druckpermeation, der Permeation bei Ruhepotential und der elektrochemischen Wasserstoffpermeation bei einer Stromdichte von 1 mA/cm^2. Für die Evaluierung der aufgenommenen Wasserstoffmenge wurden kathodische Beladungsversuche und Auslagerungstests in einer NaCl Lösung mit Zugabe von Thioharnstoff bei Raumtemperatur durchgeführt. Die Beladungszeit lag dabei zwischen einer Stunde und 72 Stunden. Zusätzlich sollte auch die Wasserstoffaufnahme mittels Autoklaventests mit gasförmigem Wasserstoff bei erhöhtem Druck untersucht werden für eine Testdauer zwischen einer Stunde und 168 Stunden. Nach der Wasserstoffbeladung wurde der Wasserstoffgehalt im Metall analysiert und Diffusionskurven für die Auswertung erstellt. Zur Bewertung des Diffusionsverhaltens wurden die Wasserstoff-Diffusionskoeffizienten aller durchgeführten Methoden bestimmt, und die Ergebnine von J55, L80 und P110 mit denen von ARMCO-Eisen verglichen. Die Resultate zeigen für die in der Öl- und Gasindustrie verwendeten Stahlsorten eine erhöhte Wasserstoffaufnahme im Vergleich zu ARMCO-Eisen. Des Weiteren ist der effektive Diffusionskoeffizient von Wasserstoff für Ölfeldstahlsorten um eine oder zwei Größenordnungen niedriger als der von ARMCO-Eisen.
Titel in ÜbersetzungWasserstoffaufnahme und Permeation in Stählen für die Öl- und Gasförderung und der Vergleich mit ARMCO-Fe
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Mori, Gregor Karl, Betreuer (intern)
  • Hofst�tter, Herbert, Mitbetreuer (intern)
Datum der Bewilligung16 Dez. 2022
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2022

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Wasserstoff Permeation
  • Wasserstoffaufnahme
  • Kohlenstoffstahl
  • Wasserstoff Diffusion
  • Korrosion
  • Öl und Gas Produktion
  • ARMCO-Eisen

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